冷成型钢仓储结构隔减震支座力学性能试验与应用研究

摘要

随着物流业的迅速发展，以钢货架为代表的冷成型钢框桁式仓储结构逐渐发挥重要作用。与此同时,家庭汽车普及和消费习惯的转变，使得钢货架逐步从单纯的工业货物存储转向于人流密集的公共场所，对人身安全的影响越来越大。钢货架在垂直巷道向表现为桁架结构，阻尼小、耗能能力差，地震作用时，结构损伤严重且易发生货物的脱落。因此，本文提出了两种适用于钢货架结构的新型隔减震支座:分离式支座和复合式支座，通过在柱片底部设置隔减震支座，延长结构在垂直巷道向的周期，减小地震作用和加速度响应，以防止结构的损伤和货物的脱落，对于保障人身安全和减小经济损失具有重大意义。
　　首先，对分离式支座和复合式支座的核心元器件-高硬度阻尼橡胶缓冲块，进行力学性能试验研究。主要进行了高硬度阻尼橡胶材料的单轴拉伸试验，以及足尺高硬度阻尼橡胶缓冲块的静态剪切试验、动态剪切试验和竖向压缩试验，得到高硬度阻尼橡胶缓冲块及其橡胶材料的关键力学性能参数，并分析了影响高硬度阻尼橡胶缓冲块水平力学性能的因素。结果表明:高硬度阻尼橡胶缓冲块所采用的橡胶材料具有较高的扯断伸长率和拉伸强度;高硬度阻尼橡胶缓冲块在静态剪切试验时的破坏形式表现为橡胶材料的拉剪破坏;剪应变幅值、加载频率、加载顺序对高硬度阻尼橡胶缓冲块的水平力学性能有明显的影响，同时，对于小应变幅值（不大于100％）时，高硬度阻尼橡胶缓冲块可以采用双线性本构模型进行模拟;压缩位移较小时，高硬度阻尼橡胶缓冲块的压缩力-位移曲线基本呈线性变化。
　　其次，对整体钢货架结构，分别采用以高硬度阻尼橡胶缓冲块为核心元件的分离式支座和复合式支座，进行动力弹塑性分析，评估新型隔减震支座的隔减震效果。分析结果表明:采用分离式支座和复合式支座时，钢货架的加速度、最大层间位移角、柱脚拉力、柱片倾覆力矩等均显著降低，结构保持在弹性范围内，隔减震效果明显;同时，与分离式支座相比，采用复合式支座的结构在减小柱脚拉力、防止货架倾覆方面效果更为突出。
　　最后，对钢货架隔减震结构进行参数化分析，考虑地震动强度、使用荷载水平和高硬度阻尼橡胶缓冲块水平刚度变化对隔减震效果的影响，为接下来的研究和工程应用提供参考依据。结果表明:对于钢货架结构，新型隔减震支座在中震和大震时隔减震效果更好;对于隔减震后结构，在低使用荷载水平时加速度响应更大，因此建议在进行钢货架结构的隔减震设计时，对结构在较低使用荷载水平下的加速度响应进行补充分析;此外，减小高硬度阻尼橡胶支座的水平刚度，可以有效地降低结构的加速度响应，从而避免货物的脱落。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 研究现状

1．2．1 钢货架抗震研究现状

1．2．2 钢货架隔减震研究现状

1．2．3 橡胶支座的研究现状

1．3 目前研究的不足

1．4 本文研究对象

1．4．1 本文研究的钢货架结构隔减震支座介绍

1．4．2 本文进行试验研究的高硬度阻尼橡胶缓冲块介绍

1．5 本文的主要工作

第二章 高硬度阻尼橡胶缓冲块力学性能试验研究

2．1 高硬度阻尼橡胶材料单轴拉伸试验

2．1．1 试样设计

2．1．2 试验结果与分析

2．2 高硬度阻尼橡胶缓冲块剪切性能试验研究

2．2．2 试件制作

2．2．3 试验装置

2．2．4 量测仪器的布置

2．2．5 试验内容和加载制度

2．2．6 试验结果及分析

2．3 高硬度阻尼橡胶缓冲块竖向压缩性能试验研究

2．3．1 试验目的

2．3．2 试验方案

2．3．3 试验结果及分析

2．4 本章小结

第三章 整体钢货架结构隔减震数值模拟分析

3．1 概述

3．2 分析模型

3．3 分析软件

3．4 分析方法

3．4．1 动力弹塑性分析

3．4．2 塑性铰的定义

3．4．3 塑性铰的设置

3．4．4 时程积分方式的选择

3．5 地震动的选取

3．6 隔减震支座参数设置

3．6．1 高硬度阻尼橡胶缓冲块

3．6．2 聚四氟乙烯板支座

3．6．3 碟簧

3．7 有限元分析结果与对比

3．7．1模态分析

3．7．2 塑性铰发展过程

3．7．3 加速度响应

3．7．4 位移响应

3．7．5 层间剪力

3．7．6 柱脚反力

3．8 本章小结

4．1 概述

4．2 考虑地震动强度变化的参数化分析

4．2．1 分析参数的设置

4．2．2 结果分析与对比

4．3 考虑使用荷载变化的参数化分析

4．3．1 分析参数的设置

4．3．2 结果分析与对比

4．4 考虑高硬度阻尼橡胶缓冲块水平刚度变化的参数化分析

4．4．1 分析参数的设置

4．4．2 结果分析与对比

4．5 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

作者攻读硕士学位期间的论文和专利

致谢